基于主動(dòng)尋位的天線罩安裝方法

0基于主動(dòng)尋位的天線罩安裝方法優(yōu)秀的地面屏蔽能力是保證高發(fā)射效率的保證。影響天線罩電性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一是其內(nèi)外表面的同軸度,即天線罩各處的壁厚均勻性。陶瓷材料天線罩,是一類形狀復(fù)雜、壁薄的回轉(zhuǎn)零件,其母線是一條高次曲線,安裝時(shí)缺乏可靠的定位基準(zhǔn),且材料易碎。目前大多通過專用夾具,依賴熟練工人借助百分表、千分表等常規(guī)量具進(jìn)行人工調(diào)整實(shí)現(xiàn)精確定位,這種方法的在線調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此,尋找一種定位方便、快速,且定位精度高的安裝方法就顯得非常重要了。本文針對(duì)天線罩現(xiàn)有安裝方法中存在的問題,提出了一種基于主動(dòng)尋位的天線罩安裝方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該安裝方法大大提高了天線罩定位精度,減輕了天線罩安裝的工作量和難度,有效保證了其加工質(zhì)量。1介質(zhì)層ipd天線罩是保護(hù)導(dǎo)彈天線在惡劣條件下正常工作的屏障,但天線罩的存在,使得電磁波在透過一定壁厚的陶瓷介質(zhì)后產(chǎn)生了一定的相位滯后。對(duì)于平面波,僅一次通過兩種不同的無損耗、一定厚度的介質(zhì)層的相移量之差,稱為介質(zhì)層的插入相位延遲(InsertionPhaseDelay,IPD)。由于介質(zhì)層IPD的存在,必然導(dǎo)致電磁波通過介質(zhì)層時(shí)產(chǎn)生一定的信號(hào)延遲而出現(xiàn)信號(hào)失真現(xiàn)象,因此,插入相位延遲IPD是衡量天線罩電性能的重要指標(biāo)。對(duì)于天線罩而言,其插入相位延遲可表示為:φ=2πhλ(εr?sin2θi?????????√?cosθi)φ=2πhλ(εr-sin2θi-cosθi)(1)式中:h——天線罩法向幾何厚度(mm);λ——電磁波的波長(zhǎng)(mm);θi——電磁波的入射角(°);εr——天線罩材料的相對(duì)介電常數(shù)。對(duì)于一個(gè)特定的天線罩,在設(shè)定的工作波長(zhǎng)和入射角條件下,由(1)式可知,影響IPD的因素是天線罩的法向幾何厚度h和介電常數(shù)εr,但是對(duì)于已成型的天線罩毛坯,其介電常數(shù)已經(jīng)無法修正。因此,在機(jī)械加工階段,合理控制其加工精度是保證天線罩優(yōu)良電性能的主要途徑。2天線罩加工工藝在天線罩機(jī)械加工階段,按照“先內(nèi)后外”的工序原則進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)。首先,以天線罩的外型面作為定位基準(zhǔn),精加工其內(nèi)型面。然后,以天線罩的內(nèi)短錐孔及端面作為定位基準(zhǔn),精加工罩子的外型面的。圖1描述了天線罩機(jī)械加工工藝流程。為了實(shí)現(xiàn)天線罩在機(jī)床上的安裝,目前是:先把天線罩安裝在內(nèi)圓磨床主軸上的夾具里,利用調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整天線罩在機(jī)床上的位置,滿足要求后,便可進(jìn)行天線罩內(nèi)型面的精加工,如圖2a,待內(nèi)型面加工好后,再把天線罩大端面處的內(nèi)短錐孔與外圓磨床主軸上的短心軸的外圓錐面貼合,以限制天線罩空間運(yùn)動(dòng)的五個(gè)自由度,采用抽真空負(fù)壓方式夾緊工件,進(jìn)行天線罩外型面的精加工,如圖2b。3由于天然材料位置的安裝誤差的產(chǎn)生和分析3.1第二,現(xiàn)有的定位方式加著于天線罩不穩(wěn)定根據(jù)圖2可知,對(duì)于“長(zhǎng)鼻錐式”結(jié)構(gòu)天線罩,采用定位頂尖或者定位短錐作為定位元件,實(shí)際上僅僅約束了天線罩的三個(gè)自由度,導(dǎo)致天線罩處于欠定位狀態(tài)。因此,現(xiàn)有的這種定位方式是很不可靠的。如圖3所示,若定位元件由于制造、安裝等誤差,會(huì)使得天線罩實(shí)際軸線相對(duì)于其理想軸線產(chǎn)生位置偏差δx,δz,δy,虛線和實(shí)線分別表示天線罩實(shí)際和理想兩種安裝情況。3.2定位安裝誤差為了描述方便,以天線罩的端平面為xoy參考平面,以天線罩的軸線為z軸,建立工件坐標(biāo)系o(x,y,z)。并假設(shè)pi(xi,yi,zi)、p′i(x′i,y′i,z′i)分別表示天線罩上某個(gè)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)和實(shí)際位置坐標(biāo)。根據(jù)圖3可知,天線罩上各點(diǎn)的位置誤差值不同的,沿著其軸線方向靠近尖部是其位置誤差最大的區(qū)域。依據(jù)圖中的幾何關(guān)系,可以得到pi點(diǎn)的位置安裝誤差為:Δxi=δx+xicosεy+zisinεy(2)Δzi=δz+zicosεy-xisinεy(3)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)δx=0.007mm,δz=0.007mm,εy=5.357×10-5°時(shí),就有max(Δxi)=0.0478mm,max(Δzi)=0.012mm。這一結(jié)果表明:由位置安裝誤差導(dǎo)致天線罩的最大同軸度誤差將達(dá)到0.0478mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其允許值0.03mm。為了保證天線罩的加工精度,目前采用人工調(diào)整的方法進(jìn)行嚴(yán)格控制,但是調(diào)整的時(shí)間很長(zhǎng)。3.3天線罩位置安裝誤差為了便于表述罩子的電性能,將圖3中的pi點(diǎn)放大成一塊具有法向矢量(nix,niy,niz)的微小平面pi-xoz(下標(biāo)第一個(gè)字母表示微小平面的編號(hào),第二個(gè)字母表示投影在xoz平面),如圖4所示。從圖中可以看到,由于罩子安裝誤差的存在,使得微小平面由理想位置pi-xoz變化為p′i-xoz。此時(shí),電磁波在天線罩上的實(shí)際射入位置就變?yōu)榱宋⑿∑矫鎝′i-xoz。那么,由此將導(dǎo)致罩子在法向上的幾何壁厚誤差為Δhi、介電常數(shù)誤差為Δεi=εi-ε′i。根據(jù)式(1),可以得到天線罩位置安裝誤差對(duì)其被測(cè)區(qū)域的IPD影響為:Δφ=2πΔhλ(εi?sin2θi?????????√?cosθi)+2πhλΔεi(εi?sin2θi?????????√)?1Δφ=2πΔhλ(εi-sin2θi-cosθi)+2πhλΔεi(εi-sin2θi)-1(4)pi點(diǎn)測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)Δhi=0.03mm,Δεi=0.005時(shí),就會(huì)導(dǎo)致IPD偏差為Δφ≥3°。而高性能的導(dǎo)彈要求天線罩的IPD偏差必須小于1°。因此,必須嚴(yán)格控制天線罩的位置安裝誤差,否則將不能滿足天線罩電性能的使用要求。因此,尋求一種能集測(cè)量、調(diào)整于一體的安裝方法,且使用方便、快捷、定位精確,就成為解決目前所遇到問題的關(guān)鍵途徑了。4天線富有機(jī)床尋位安裝天線罩的主動(dòng)尋位安裝方法主要涉及三個(gè)階段:①天線罩在夾具上的初始主動(dòng)尋位安裝;②初始安裝后形成的天線罩/夾具子系統(tǒng)在機(jī)床上的快速尋位安裝;③天線罩外、內(nèi)型面轉(zhuǎn)換的快速安裝。4.1工件位置檢測(cè)天線罩的初始主動(dòng)尋位就是主動(dòng)找尋天線罩在夾具中的初始安裝位置,并確定其姿態(tài)。這一控制策略包括兩方面的內(nèi)容:一是利用位置傳感測(cè)量裝置快速獲取天線罩的表面信息;二是根據(jù)這些信息精確求解出天線罩在夾具中的實(shí)際狀態(tài)。天線罩的初始主動(dòng)尋位原理如圖5所示,在初始尋位工作站上的工作臺(tái)上安裝有數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái),轉(zhuǎn)臺(tái)上放置一個(gè)刻劃有一系列同心圓的圓盤,供安放工件時(shí)參考,不致使得工件對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)偏心太大。工件以端平面為基準(zhǔn)被粗略地安放在轉(zhuǎn)臺(tái)中心上。在工件主動(dòng)尋位過程中,采用照度均勻的柯拉照明方式并對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行平行光照射。在工件精確定位之前,用1024×1024的CCD攝像機(jī)和黑白圖像采集卡對(duì)工件內(nèi)輪廓邊緣進(jìn)行圖像采集和處理。為了實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量,進(jìn)一步降低單純靠提高CCD攝像機(jī)性能而導(dǎo)致價(jià)格過高的成本,數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)以獲得工件圓周上的多幅圖像。信息處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像拼接和邊緣提取,并根據(jù)相關(guān)算法計(jì)算出邊緣像素點(diǎn)相應(yīng)的幾何位置信息,從而求得工件相對(duì)于機(jī)床的相對(duì)空間位置。操作人員可根據(jù)這些信息對(duì)工件進(jìn)行有針對(duì)性地位置調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)了大型工件的快速精確定位。4.2地位/設(shè)計(jì):地位/基于轉(zhuǎn)型在初始尋位安裝后,天線罩與夾具就形成了一個(gè)整體,即天線罩/夾具子系統(tǒng),如圖6所示。通過夾具中的精密尋位器的接口,可實(shí)現(xiàn)該整體與內(nèi)圓、外圓磨床上的精密尋位器進(jìn)行配合,從而實(shí)現(xiàn)天線罩/夾具子系統(tǒng)在內(nèi)圓、外圓磨床上的快速尋位。4.3快速安裝安裝精加工天線罩外型面后,利用膨脹銷,如圖7,實(shí)現(xiàn)天線罩外型面至內(nèi)型面的快速轉(zhuǎn)換安裝。這是一種采用偽靜壓膨脹技術(shù)制成的,它能夠通過旋轉(zhuǎn)心軸實(shí)現(xiàn)外部開槽套筒沿著徑向均勻脹開,即保證了定位過程的可拆卸性,又消除了孔和銷之間配合間隙的功能,定位精度在0.002mm以內(nèi)。5天線罩安裝誤差的制造誤差如圖8所示,是天線罩的主動(dòng)尋位安裝的工作過程圖,具體內(nèi)容描述如下:①天線罩安放在初始尋位工作站上,以其內(nèi)表面作為尋位基準(zhǔn)主動(dòng)尋找天線罩的位置,完成天線罩的定位,見圖8a;②利用夾緊裝置夾具天線罩,形成天線罩/夾具子系統(tǒng);③通過尋位器接口,完成天線罩/夾具子系統(tǒng)與外圓磨床的快速尋位安裝,見圖8b;④通過膨脹銷,將外型面精加工后的天線罩/夾具子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為以天線罩的外型面為定位基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)其內(nèi)型面基準(zhǔn)至外型面基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換,如圖8c;⑤利用夾緊裝置夾具天線罩,形成天線罩/夾具子系統(tǒng);⑥通過尋位器接口,完成天線罩/夾具子系統(tǒng)與內(nèi)圓磨床的快速尋位安裝,見圖8d。在天線罩的主動(dòng)尋位安裝實(shí)驗(yàn)時(shí),利用測(cè)量?jī)x器、儀表測(cè)得天線罩初始主動(dòng)尋位誤差為δ0=0.01mm,精密尋位器的制造誤差δ1=0.002mm,膨脹銷的制造誤差導(dǎo)致工件外、內(nèi)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換誤差δ2=0.005mm。由此可得天線罩主動(dòng)尋位安裝的誤差δ(忽略天線罩本身制造誤差)為:δ=δ0+δ1+δ2=0.017mm(5)安裝誤差δ小于允許值0.03mm,可以滿足天線罩的加工要求,且δ是系統(tǒng)常值誤差,這可以采用工藝方法進(jìn)行誤差補(bǔ)償,以進(jìn)一步減小天線罩的安裝誤差對(duì)加工精度的影響。天線罩磨削實(shí)驗(yàn)表明,可以通過控制天線罩的磨削余量進(jìn)行消除部分系統(tǒng)誤差